JP7530682B1 - 可変ピッチプロペラを装備する一軸二舵船 - Google Patents

Abstract

【課題】船体の前後左右に作用する推力を同じ大きさに制御し、高い精度の船位操船を行うことができる可変ピッチプロペラを装備する一軸二舵船を提供する。【解決手段】翼角指令部６７１は、相関データにおいて目標船体運動方向に向けて目標推力を生み出すために必要な目標プロペラ推力を算出し、目標プロペラ推力を出力するのに必要な目標翼角を算出し、算出した目標翼角を船体運動制御部６６２に指令する機能回路を有し、舵角指令部６７０は、相関データにおいて目標推力の船尾回りの推力を目標船体運動方向へ向けるために必要な目標舵角を算出し、算出した目標舵角を船体運動制御部６６２に指令する機能回路を有し、回頭指令部６７２は、現在船首方位を目標船首方位へ回頭するのに必要な目標回頭モーメントを算出し、算出した目標回頭モーメントを船体運動制御部に指令する機能回路を有する。【選択図】図６

Description

本発明は、可変ピッチプロペラを装備する一軸二舵船に関し、定点保持等において高精度に操船できる技術に係るものである。

従来、船舶に制動力を与える技術として特許文献１に記載する船舶の非常操船方法がある。これは、非常時に非常操舵手段を起動して通常の如何なる操舵モードよりも優先して舵制御手段を制御することにより、２枚の高揚力舵にプロペラ後流を後進推力として最大に作用させる舵角を与え、この後進推力により船舶の前進方向への慣性力に抗する後進力を船舶に与えて緊急停船ないし緊急後進させるものであり、推進プロペラを前進単一方向に作動させた状態において直ちに後進推力を得ることができ、少ない手数で短時間にかつ短い距離で船舶の停船ないし後進を行うことができる。

さらに、特許文献２には、船位および船首尾方位保持操船においては、真横移動、斜め前後移動、その場回頭など特殊な運動を実現し、かつ、位置、速度等の高い操船精度が要求されるとして、船舶操縦装置が提案されている。この船舶操縦装置では、操船支援モードにおいて、指令部により指令運動方向と指令回頭モーメントと船首尾方向指令速度および船幅方向指令速度を船体運動制御部へ指令して操船し、推力分配部により、船体制御力および回頭船体制御力を、前進一定回転するプロペラ推進器の推力と２枚の高揚力舵の舵角の組み合わせとで発生させる目標推進器推力と、船首スラスターで発生させる目標スラスター推力とに分配する。

特開平７－５２８８７号 特開２０１７－０５２２９７

従来、水深の深い海域において船舶や浮体構造物の運動を定められた位置、方位、航路に対して高い精度で制御するものに、自動船位システム（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：ＤＰＳ）があり、風や波、潮流等の外乱から受ける外力に対抗するための制御力に推進プロペラやサイドスラスターを用いている。

また、船舶が岸壁や他船などの周辺障害物の多い港湾内で安全に航行するためには、離岸流や向岸流の潮力、潮汐、風力等の船体に影響する外力の状況を考慮しつつ、常に自船と障害物からの離隔距離を認識しながら、慎重な操船をすることが要求される。

また、２枚の高揚力舵を装備する一軸二舵船においては、２枚の高揚力舵の舵角の組み合わせによってプロペラ後流の分配方向が決まるが、プロペラ後流の分配方向によって船体に作用する推力が船首方向、船尾方向、右舷方向、左舷方向において一定ではなく、船幅方向の横力や左右の回頭モーメントに差があり、船位を一定位置に保持するホバー操船等において操船者の意図する船体運動と実際の船体運動とがわずかにずれる場合がある。

本発明は上記した課題を解決するものであり、低速域で船位操船を行う際にプロペラ推力を適切な値に調整して船体の前後左右に作用する推力を同じ大きさに制御し、高い精度の船位操船を行うことができる可変ピッチプロペラを装備する一軸二舵船を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明の可変ピッチプロペラを装備する一軸二舵船は、推力システムと推力システムを制御する操船システムを備え、推力システムは、船尾に配置した一基の可変ピッチプロペラの推進プロペラと、推進プロペラの翼角を制御する翼角制御装置と、推進プロペラの後方に配置した左右一対の高揚力舵と、各高揚力舵をそれぞれ駆動する一対の舵取機と、船首スラスターと、船首スラスターを制御するスラスター制御装置を備え、操船システムは、船体運動制御部と船位コントロール部を備え、船体運動制御部は、翼角制御装置により可変ピッチプロペラの翼角を制御して、推進プロペラが前進方向に定速回転する状態でプロペラ推力を増減調整する推力調整部と、各舵取機により０各高揚力舵のそれぞれを独立して種々の角度に作動させ、両舷の高揚力舵の舵角の組合せを変えることによって、プロペラ後流の方向を制御して船体に作用する船尾回りの推力の作用方向を調整する推力方向調整部と、スラスター制御装置により船首スラスターのスラスター推力を調整して回頭モーメントを制御する回頭モーメント調整部を有し、船位コントロール部は、船位変更部と船位保持部を有する自動船位保持部を備え、船位保持部は、船体運動制御部に指令する船位操船において、翼角を中立角として推進プロペラを低速域で前進方向に定速回転させ、２枚の高揚力舵を前進速度成分の生じないホバー舵角に保持し、船首方位を現在船首方位に維持する機能回路を有し、船位変更部は、船体運動制御部に指令する船位操船において、低速域で推進プロペラを前進方向に定速回転させ、ホバー舵角を中心舵角として２枚の高揚力舵の舵角をホバー舵角周りにおいて制御するもので、相関データ記憶部と目標設定部と翼角指令部と舵角指令部と回頭指令部を有し、相関データ記憶部は、プロペラ推力一定下で高揚力舵の舵角の組合せを変えた場合に生じる船尾回りの推力の大きさとその作用方向と舵角の相関を、可変ピッチプロペラの翼角の大きさが異なるプロペラ推力毎に規定した相関データを保有し、目標設定部は、目標船首方位と目標船体運動方向と船尾回りの推力の目標推力を入力する機能回路を有し、翼角指令部は、相関データにおいて目標船体運動方向に向けて目標推力を生み出すために必要な目標プロペラ推力を算出し、目標プロペラ推力を出力するのに必要な目標翼角を算出し、算出した目標翼角を船体運動制御部に指令する機能回路を有し、舵角指令部は、相関データにおいて目標推力の船尾回りの推力を目標船体運動方向へ向けるために必要な目標舵角を算出し、算出した目標舵角を船体運動制御部に指令する機能回路を有し、回頭指令部は、現在船首方位を目標船首方位へ回頭するのに必要な目標回頭モーメントを算出し、算出した目標回頭モーメントを船体運動制御部に指令する機能回路を有することを特徴とする。

本発明の可変ピッチプロペラを装備する一軸二舵船において、目標設定部は、ジョイスティックレバーを有し、レバーの傾倒方向により目標船体運動方向を指示し、レバーの傾倒角度により目標推力の大きさを指示することを特徴とする。

上記構成により、船位変更部の目標設定部において目標推力を入力し、相関データにおいて目標推力を生み出すために必要な目標プロペラ推力を算出し、目標プロペラ推力を出力するのに必要な目標翼角を算出するので、目標推力が同じであれば、目標船体運動方向が何れの方向に変わっても、つまり船体の前後左右の何れ方向にも同じ大きさの船尾回りの推力を生じさせることができ、操船者の意図する船体運動と実際の船体運動とにずれが生じない。

目標設定部がジョイスティックレバーのレバーの傾倒方向により目標船体運動方向を指示し、レバーの傾倒角度により目標推力の大きさを指示することで、ジョイスティックレバーを何れの方向に傾倒させても、傾倒角度が同じであれば同じ大きさの目標推力を指示することになり、ジョイスティックレバーが何れの傾倒方向にあっても同じ大きさの船尾回りの推力を生じさせることができ、直観的な操作を行える。

本発明の実施の形態における可変ピッチプロペラを装備する一軸二舵船の推力システム、操船システム、観測システムを示す模式図 同実施の形態における推進器、高揚力舵、船首スラスターを示す模式図 同実施の形態における船尾部の構成を示す斜視図 同実施の形態における一軸二舵船の操舵制御装置の操船スタンドを示す模式図 同実施の形態における操船スタンドの構成を示すブロック図 同実施の形態における船位操船部の構成を示すブロック図 同実施の形態における高揚力舵の稼働範囲を示す模式図 同実施の形態における高揚力舵の組み合せ舵角と旋回方向を示す模式図 翼角と推力の関係を示す模式図

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（実施例の構成）
本実施の形態における可変ピッチプロペラを装備する一軸二舵船は、図１から図８に示すように、推力システム１００と推力システム１００を制御する操船システム２００と自船の船体運動状態を観測する観測システム３００を備えている。

推力システム１００は、船体１１０の船尾に配置した１基１軸の可変ピッチプロペラの推進プロペラ１０１と、推進プロペラ１０１の後方に配置した２枚の高揚力舵１０２、１０３を配したものである。

各高揚力舵１０２、１０３は、それぞれ、アウトボード（外舷側）へ１０５°、インボード（内舷側）へ３５°転舵可能に構成されている。そして、１基１軸の推進プロペラ１０１をプロペラ前進回転のままで、１対２枚の高揚力舵１０２、１０３をそれぞれ独立して種々の角度に作動させ、両舷の高揚力舵１０２、１０３を舵角の組合せを変えることによって、プロペラ後流を目的とする望ましい方向に分配し、それぞれの方向の推力を自在に変えることができる。

従って、それぞれの方向の推力を自在に変えることで、プロペラ後流を制御して船尾回りの推力を３６０°全方向にわたって制御することで、船の前後進、停止、前進旋回、後進旋回等の操船を行わせ、船の運動を自由に制御することができる。

さらに、推力システム１００は、高揚力舵１０２、１０３を駆動するロータリーベーン舵取機１０４、１０５と、ロータリーベーン舵取機１０４、１０５を制御する舵制御装置（サーボアンプ）１０６、１０７と、船体１１０の船首側に配置した船首スラスター１０８および船首スラスター１０８を制御するスラスター制御装置１０９と、推進プロペラ１０１の翼角を制御する翼角制御装置１１１を有している。

また、ロータリーベーン舵取機１０４、１０５のそれぞれには、ポンプユニット１５１、１５２と舵角発信器１５３、１５４とフィードバックユニット１５５、１５６が接続しており、フィードバックユニット１５５、１５６が舵制御装置１０６、１０７に接続している。

観測システム３００は、自船の船首尾方向速度、船幅方向速度、回頭モーメントを測定する船速測定装置３１２と、ＧＰＳにより自船の船位を測定する位置測定装置３１３と、自船の船首方位を測定する方位測定装置３１４を備えている。

操船システム２００は、操船スタンド２５０に格納されており、操船スタンド２５０には、ジャイロコンパス２５１、船舶レーダ装置３１０、船速測定装置３１２、位置測定装置３１３、方位測定装置３１４が接続している。

船舶レーダ装置３１０は、他船との衝突が予測されるときに警報信号出力部３１１から衝突警報信号を操船スタンド２５０の操船システム２００に発信する。

操船システム２００は、スタンド筺体に以下のものを一体的に備えている。ジャイロコンパス２５１のジャイロ方位を表示するジャイロ方位表示部２５２と、ＧＰＳコンパスを用いたオートパイロットによる操縦モードで操船するオート操船部２５３と、ジョイスティックレバー２５４による操縦モードで操船するジョイスティック操船部２５５と、手動操舵輪２５６による操縦モードで操船する手動操船部２５７と、ノンフォローアップ操舵レバー２５８ａ、２５８ｂによる操縦モードで操船するノンフォローアップ操船部２５９と、モード切替スイッチ２６０により各操船部の切替を行うモード切替部２６１を備えている。

さらに、画面にタッチパネルを配したディスプレイ装置２６２と、ディスプレイ装置２６２に映す画像を制御する画像制御部２６３と、緊急停船釦２６４を操作することにより全ての操縦モードに優先して船舶を緊急に停船させる操縦モードで操船する緊急停船部２６５と、舵制御装置１０６、１０７を介してロータリーベーン舵取機１０４、１０５に指示舵角を与える舵角指示部２８０と、航海用電子海図をディスプレイ装置２６２に表示する電子海図表示部２８２と、自船の予定航路を航海用電子海図上に設定するコースライン設定部２８３と、コースラインに対する自船の位置ずれを解消する針路補正部２８４を備えている。また、船体の運動を定められた位置、方位に高い精度で制御する船位操船部６６０を備えている。

画像制御部２６３は、航海用電子海図を映す海図表示画像２６６と、ジャイロ方位を映すジャイロ方位表示画像２６７と、ジャイロ方位表示部２５２をモニター画面上でタッチ操作するための方位表示部操作画像２６８と、オート操船部２５３をモニター画面上でタッチ操作するためのオート操船操作画像２６９を選択的に表示し、あるいは同時に表示する。

ジョイスティック操作部２５５は、ジョイスティックレバー２５４がＸ－Ｙ方向の何れの方向へも操作可能に構成されており、ジョイスティックレバー２５４の傾倒方向で船体の指令運動方向を制御し、傾倒方向における傾倒角度で船首尾方向指令速度および船体回頭方向指令速度を制御するものである。

ジョイスティック操船部２５５は、両舷の高揚力舵１０２、１０３の舵角をそれぞれジョイスティックレバー２５４の傾倒方向に応じて設定した舵角に制御し、かつ両舷の高揚力舵１０２、１０３の舵角を組合せることで、プロペラ後流の推力を目的方向に向けて転向し、双方のロータリーベーン舵取機１０４、１０５により両舷の高揚力舵１０２、１０３のそれぞれの舵角を外舷側へ１０５°、内舷側へ３５°の範囲で制御する。

高揚力舵１０２、１０３の基本的な舵角の組合せ、およびジョイスティックレバー２５４の状態と、その呼称及びプロペラ後流線と運動方向を、図８において説明する。

図８中で、舵は水平断面で示してあり、その横あるいは下方に各々の舵の舵角を示している。舵角は船尾を右に取るのが正（＋）、左に取るのが負（－）として表示し、これらの舵角の組み合わせに対する呼称を掲げている。プロペラ後流は、細い矢印線で、又、それによる船の推進方向を太い中抜き矢印線で画いている。

ちなみに、「前進左旋回」は左舷舵－３５°、右舷舵－３５°であり、「前進左回頭」は左舷舵－７０°、右舷舵－３５°であり、「後進左寄せ」は左舷舵－１０５°、右舷舵＋４５°から＋７５°であり、「後進左旋回」は左舷舵－１０５°、右舷舵＋７５°から＋１０５°であり、「前進」は左舷舵０°、右舷舵０°であり、「ホバー」（船体のその場停止）は左舷舵－７５°、右舷舵＋７５°であり、「後進」は左舷舵－１０５°、右舷舵＋１０５°であり、「前進右旋回」は左舷舵＋３５°、右舷舵＋３５°であり、「前進右回頭」は左舷舵＋３５°、右舷舵＋７０°であり、「後進右寄せ」は左舷舵－４５°から－７５°、右舷舵＋１０５°であり、「後進右旋回」は左舷舵－７５°から－１０５°、右舷舵＋１０５°である。

また、「前進左回頭」時に右舷方向に向けて船首スラスター１０８のスラスター推力を加えることで、左回頭速度をより大きくすると、「その場左回頭」となり、「前進右回頭」時に左舷方向に向けて船首スラスター１０８のスラスター推力を加えることで、右回頭速度を大きくすると、「その場右回頭」とすることができる。

同様に、「後進左寄せ」時に左舷方向に向けて船首スラスター１０８のスラスター推力を加えることで、右回頭速度を大きくすると、「その場右回頭」となり、「後進右寄せ」時に右舷方向に向けて船首スラスター１０８のスラスター推力を加えることで、左回頭速度を大きくすると、「その場左回頭」となる。

さらに、船首方位を維持しつつ船体を正横方向に移動させる操舵は以下のように行う。例えば、「後進左寄せ」時に右舷方向に向けて船首スラスター１０８のスラスター推力を加えることで、左横移動となり、「後進右寄せ」時に左舷方向に向けて船首スラスター１０８のスラスター推力を加えることで、右横移動となる。

また、船首クラスター１０８のスラスター推力を加減することによって、回頭中心を移動させることができる。

このように、２枚の高揚力舵１０２、１０３、船首スラスター１０８および可変ピッチプロペラの推進プロペラ１０１を装備する一軸二舵の船は、高揚力舵１０２、１０３の組み合わせ舵角を種々に変えることによって、推進力の方向と大きさを船の全方位に対して自在に可変して出力することができ、船首スラスター１０８のスラスター推力を組み合わせることで、その場回頭を実現できる。

オート操船部２５３は、ＧＰＳコンパス、電子海図システムにより自船の現在位置情報、誘導経路情報、停船保持位置情報に基づいて自船を予め定めた設定針路に誘導制御する。

緊急停船部２６５は、緊急時に緊急停止釦２６４を押すと、ジョイスティックレバー２５４でいかなる操船状態を指示していようとも、あるいは他の操縦モードで操船していても、現在の操船に係る舵角をキャンセルして、左舷舵１０３を取舵方向（上から見て時計回りの方向）に、右舷舵１０２を面舵方向（上から見て反時計回りの方向）に、それぞれハードオーバー（舵いっぱい）まで転舵させ、船に制動力を与えて停止させる。

手動操船部２５７は、手動操舵輪２５６の回転操作により二枚の高揚力舵１０２、１０３の舵角を制御して操船する。

ノンフォローアップ操船部２５９は、ノンフォローアップ操舵レバー２５８ａ、２５８ｂを左右に操作している時間に応じて右舷もしくは左舷に舵を切る。

操船システム２００の船位操船部６６０は、船位コントロール部６６１と船体運動制御部６６２を備えている。

船位コントロール部６６１は、船位変更部６６７と船位保持部６６８を有する自動船位保持部６６６を備えている。

船位保持部６６８は、船体運動制御部６６２に指令する船位操船において、翼角を中立角として推進プロペラ１０１を低速域で前進方向に定速回転させ、２枚の高揚力舵１０２、１０３を前進速度成分の生じないホバー舵角に保持し、船首方位を現在船首方位に維持する機能回路を有している。

船位変更部６６８は、船体運動制御部６６２に指令する船位操船において、低速域で推進プロペラ１０１を前進方向に定速回転させ、ホバー舵角を中心舵角として２枚の高揚力舵１０２，１０３の舵角をホバー舵角周りにおいて制御するものである。

このため、目標設定部６６９と、舵角指令部６７０と、翼角指令部６７１と、回頭指令部６７２と、相関データ記憶部７００を備えている。

相関データ記憶部７００は、プロペラ推力一定下で高揚力舵１０２，１０３の舵角の組合せを変えた場合に生じる船尾回りの推力の大きさとその作用方向と舵角の相関を、可変ピッチプロペラの翼角の大きさが異なるプロペラ推力毎に規定した相関データを保有している。プロペラ推力は翼角に比例し、翼角が小さくなるほどにプロペラ推力が小さくなり、翼角が大きくなるほどにプロペラ推力が大きくなり、プロペラ推力から翼角が決まり、翼角からプロペラ推力が決まり、船尾回りの推力の作用方向から舵角が決まり、舵角から船尾回りの推力の作用方向が決まる。

図９は、プロペラ推力一定下で高揚力舵１０２，１０３の舵角の組合せを変えた場合に生じる船首尾方向Ｘと船幅方向Ｙに対する船尾回りの推力Ａ１、Ａ２、Ａ３の作用方向と大きさの分布を示しており、可変ピッチプロペラの翼角の大きさが異なる場合の複数の分布を示している。ここでは、翼角が小さい場合の船尾回りの推力Ａ１と翼角が大きい場合の船尾回りの推力Ａ３と翼角が中間の場合の船尾回りの推力Ａ２を例示している。

船尾回りの推力Ａ１、Ａ２、Ａ３は、船首尾方向Ｘが船幅方向Ｙより大きくなり、船体１１０の前後左右において大きさが異なる。

相関データは、図９に示したような船尾回りの推力Ａ１、Ａ２、Ａ３の作用方向と大きさの分布を可変ピッチプロペラの翼角毎に記憶したものである。

目標設定部６６９は、目標船首方位と目標船体運動方向と船尾回りの推力の目標推力を入力する機能回路を有している。

翼角指令部６７１は、相関データ記憶部７００の相関データにおいて目標船体運動方向に向けて目標推力を生み出すために必要な目標プロペラ推力を算出し、目標プロペラ推力を出力するのに必要な目標翼角を算出し、算出した目標翼角を船体運動制御部６６２に指令する機能回路を有している。

舵角指令部６７０は、相関データにおいて目標推力の船尾回りの推力を目標船体運動方向へ向けるために必要な目標舵角を算出し、算出した目標舵角を船体運動制御部６６２に指令する機能回路を有している。

回頭指令部６７２は、現在船首方位を目標船首方位へ回頭するのに必要な目標回頭モーメントを算出し、算出した目標回頭モーメントを船体運動制御部６６２に指令する機能回路を有している。

船位変更部６６８において、ホバー舵角を中心舵角として２枚の高揚力舵１０２，１０３の舵角をホバー舵角周りにおいて変更し、船尾回りの推力の作用方向を変更すると、船体１１０に船幅方向の横力の発生とともに、回頭モーメントが発生する。

このため、回頭指令部６７２は、船幅方向の横力の発生にとともなう回頭モーメントを考慮し、目標回頭モーメントを算出する。

また、現在船首方位と目標船首方位が同じである場合に、回頭指令部６７２は、船幅方向の横力の発生にとともなう回頭モーメントを打ち消すように、反対方向の回頭モーメントを目標回頭モーメントとして船体運動制御部６６２に指令して現在船首方位を維持する。

船体運動制御部６６２は、回頭モーメント調整部６６３と、推力方向調整部６６４と、推力調整部６６５を備える。

回頭モーメント調整部６６３は、スラスター制御装置１０９により船首スラスター１０８のスラスター推力を調整して回頭モーメントを制御する機能回路を有している
推力方向調整部６６４は、ロータリーベーン舵取機１０４、１０５のそれぞれを制御し、各高揚力舵１０２、１０３のそれぞれを独立して種々の角度に作動させ、両舷の高揚力舵１０２、１０３の舵角の組合せを変えることによって、プロペラ後流の方向を制御して船体１１０に作用する船尾回りの推力の作用方向を調整する機能回路を有している。

推力調整部６６５は、翼角制御装置１１１により可変ピッチプロペラの翼角を制御して、推進プロペラ１０１が前進方向に定速回転する状態でプロペラ推力を増減調整する機能回路を有している。

そして、推力方向調整部６６４により２枚の高揚力舵１０２，１０３を船位コントロール部６６１から入力する目標舵角に制御し、船位コントロール部６６１から入力する目標回頭モーメントを回頭モーメント調整部６６３により発生させ、推力調整部６６５により推進プロペラ１０１の翼角を船位コントロール部６６１から入力する目標翼角に制御する。なお、回頭モーメントの制御は必要に応じて行う。

以下、上記構成における作用を説明する。

ジョイスティックによる操縦モード
モード切替スイッチ２６０を操作してジョイスティックによる操縦モードを選択する。ジョイスティック操船部２５５は、ジョイスティックレバー２５４によって船体の指令運動方向、船首尾方向指令推力、船幅方向指令推力を指令する。

この操船においては、推進プロペラ１０１をプロペラ前進回転のままで、それぞれの高揚力舵１０２、１０３をそれぞれ独立に種々の角度に作動させてプロペラ後流を制御し、船尾回りの推力を３６０゜の全方向にわたって制御する。この制御によって船の前後進、停止、前進旋回、後進旋回等を行わせることにより操船における機動性を向上させることができる。

すなわち、両舷の舵の舵角の組合せを変えることによって、プロペラ後流を目的とする望ましい方向に向けてその方向に推力を変えることができる。ここに挙げた舵角の組み合わせは一例であり、目的とする推進方向及び推力を得るように、舵角の組み合わせを任意に変えることができる。

このように、操船においては推進器推力の反転（プロペラ逆転）が不要であり、主機関は常に前進回転のままであらゆる操船制御が行え、主機関の回転数を加減せずとも、両舵の舵角を加減して、そのときのプロペラ回転数に対応した前進最大速度から後進最大速度まで無段階にきめ細かく船速を制御することができる。

緊急停船部による操縦モード
緊急停船釦２６４を押すことの一挙動で、緊急停船部２６５を起動し、全ての操縦モードに優先して船舶を緊急に停船させることができる。すなわち、ジョイスティックレバー２５４の操舵モードにかかわらず、あるいは他の操縦モードにかかわらず、緊急停船部２６５によってクラッシュアスターンモード（左舷舵は左般１０５°、右舷舵は右舷１０５゜に舵を取る「ＡＳＴＥＲＮ」）に切換えて、両舵により非常に大きな制動力と後進力を発生させるので、プロペラ逆転による操船よりもはるかに短い時間、短い距離で船体を停止させることができる。

また、クラッシュアスターンモードにおいても、主機関を止めて後進再始動をする必要がないため、操船中にいわゆる無制御状態となることがないので、航行における事態ヘのすばやい対応が可能である。

尚、緊急停船部２６５による操船中に、船の特性、外乱等により旋回を起した場合や、または必要によって船首方位を含めて進行力向を変えたい場合には、そのままジョイスティックレバー２５４を操作すれば通常のジョイスティック操作と同様に、ジョイスティックレバー２５４によって自在に操船して避行航行することができる。

オートパイロットによる操縦モード
通常航行操船では、モード切替スイッチ２６０を操作してオートパイロットによる操縦モードを選択する。

ディスプレイ装置２６２のモニター画面上にオート操船操作画像２６９を表示し、モニター画面上のタッチ操作によりオート操船部２５３に自船の位置、進みたい方位、到達したい位置ないし船首尾線方位を入力し、設定した針路で船を自動誘導操船する。

さらに、電子海図表示部２８２によりディスプレイ装置２６２のモニター画面上に海図表示画像２６６として航海用電子海図を表示し、コースライン設定部２８３により自船の予定航路を航海用電子海図上に設定する。

オート操船部２５３は、自船の現在位置情報、誘導経路情報、停船保持位置情報に基づいて適宜に舵角を制御する。オートパイロットは、オート操船操作画像２６９において設定した進みたい方位また船首尾線方位としてジャイロコンパスが示す針路を保持する。

しかし、自船の船位をコースライン上に保持するものではないので、航海用電子海図上で船首方位がコースラインと平行をなす状態を保ちつつ、風圧や海潮流などによって船位がコースラインからずれる場合がある。

針路補正部２８４は、航海用電子海図上の自船の船首方位が、オートパイロットによる操船によって航海用電子海図上でコースラインと平行をなす状態で、自船からコースラインまでの最短離隔距離をコースラインに対する自船の船位の位置ずれ量として求める。

そして、最短離隔距離が設定許容域を超えると、オートパイロットによる操船を一時停止し、船首方位をコースラインに交わる針路に向けるために設定した針路補正舵角を舵角指示部２８０に出力する。

舵角指示部２８０が、舵制御装置１０６、１０７を介してロータリーベーン舵取機１０４、１０５に針路補正舵角を与え、針路補正部２８４は、船位がコースラインに達したらオートパイロットによる操船に復帰する。

手動による操縦モード
モード切替スイッチ２６０を操作して手動操舵輪２５６による操縦モードを選択する。この操縦モードでは、手動操舵輪２５６の回転操作により二枚の高揚力舵１０２、１０３の舵角を手動操船部２５７に指示し、二枚の高揚力舵１０２、１０３の舵角を制御して操船する。

ノンフォローアップの操縦モード
モード切替スイッチ２６０を操作してノンフォローアップ操縦レバー２５８ａ、２５８ｂによる操縦モードを選択する。この操縦モードでは、ノンフォローアップ操船部２５９により、ノンフォローアップ操舵レバー２５８ａ、２５８ｂのそれぞれを左右に操作している時間に応じて、ノンフォローアップ操舵レバー２５８ａ、２５８ｂのそれぞれに対応する各ロータリーベーン舵取機１０４、１０５が右舷もしくは左舷に舵を切る。

船位操縦モード
ジョイスティックによる操縦モードにおいて、ジョイスティックレバー２５４が傾倒しない中立位置にある状態で、船位操船部スイッチ６７３を押して船位操船部６６０を起動させる。

船位操船部６６０の起動により、船位保持部６６７は、船体運動制御部６６２に指令する船位操船において、翼角を中立角として推進プロペラ１０１を低速域で前進方向に定速回転させ、２枚の高揚力舵１０２、１０３を前進速度成分の生じないホバー舵角に保持し、船首方位を現在船首方位に維持する。

船位保持部６６８で保持していた船位を変更する場合には、船位変更部６６８が、船体運動制御部６６２に指令する船位操船において、低速域で推進プロペラ１０１を前進方向に定速回転させ、ホバー舵角を中心舵角として２枚の高揚力舵１０２，１０３の舵角をホバー舵角周りにおいて制御する。

すなわち、船位操船部６６０の起動により、ジョイスティックレバー２５４が目標設定部６６９の入力部として機能し、目標船首方位と目標船体運動方向と船尾回りの推力の目標推力を入力する。目標設定部６６９の入力部としてのジョイスティックレバー２５４の機能は、レバーの傾倒方向により目標船体運動方向を指示し、レバーの傾倒角度により目標推力の大きさを指示し、レバーの捻転により目標船首方位を指示する。本実施の形態では、ジョイスティックレバー２５４を目標設定部６６９の入力部として使用する場合を例示したが、目標設定部６６９の入力部を別途に設けることも可能であり、ダイヤル式等のものが使用可能である。

翼角指令部６７１は、相関データ記憶部７００の相関データにおいて目標船体運動方向に向けて目標推力を生み出すために必要な目標プロペラ推力を算出し、目標プロペラ推力を出力するのに必要な目標翼角を算出し、算出した目標翼角を船体運動制御部６６２に指令する。

舵角指令部６７０は、相関データにおいて目標推力の船尾回りの推力を目標船体運動方向へ向けるために必要な目標舵角を算出し、算出した目標舵角を船体運動制御部６６２に指令する。

回頭指令部６７２は、現在船首方位を目標船首方位へ回頭するのに必要な、あるいは現在船首方位と目標船首方位が同じである場合には、現在船首方位を維持するために必要な目標回頭モーメントを算出し、算出した目標回頭モーメントを船体運動制御部６６２に指令する。

船体運動制御部６６２は、推力方向調整部６６４により２枚の高揚力舵１０２，１０３を船位コントロール部６６１から入力する目標舵角に制御し、船位コントロール部６６１から入力する目標回頭モーメントを回頭モーメント調整部６６３により発生させ、推力調整部６６５により推進プロペラ１０１の翼角を船位コントロール部６６１から入力する目標翼角に制御する。

このように、船位変更部６６８の目標設定部６６９において目標推力を入力し、相関データにおいて目標推力を生み出すために必要な目標プロペラ推力を算出し、目標プロペラ推力を出力するのに必要な目標翼角を算出するので、目標推力が同じであれば、目標船体運動方向が何れの方向に変わっても、つまり船体１１０の前後左右の何れ方向にも同じ大きさの船尾回りの推力を生じさせることができ、操船者の意図する船体運動と実際の船体運動とにずれが生じない。

目標設定部６６９がジョイスティックレバー２５４のレバーの傾倒方向により目標船体運動方向を指示し、レバーの傾倒角度により目標推力の大きさを指示することで、ジョイスティックレバー２５４を何れの方向に傾倒させても、傾倒角度が同じであれば同じ大きさの目標推力を指示することになり、ジョイスティックレバー２５４が何れの傾倒方向にあっても同じ大きさの船尾回りの推力を生じさせることができ、直観的な操作を行える。

１００ 推力システム
１０１ 推進プロペラ
１０２、１０３ 高揚力舵
１０４、１０５ ロータリーベーン舵取機
１０６、１０７ 舵制御装置
１０８ 船首スラスター
１０９ スラスター制御装置
１１０ 船体
１１１ 翼角制御装置
１５１、１５２ ポンプユニット
１５３、１５４ 舵角発信器
１５５、１５６ フィードバックユニット
２００ 操船システム
２５０ 操船スタンド
２５１ ジャイロコンパス
２５２ ジャイロ方位表示部
２５３ オート操船部
２５４ ジョイスティックレバー
２５５ ジョイスティック操船部
２５６ 手動操舵輪２５６
２５７ 手動操船部２５７
２５８ａ、２５８ｂ ノンフォローアップ操舵レバー
２５９ ノンフォローアップ操船部
２６０ モード切替スイッチ
２６１ モード切替部
２６２ ディスプレイ装置
２６３ 画像制御部
２６４ 緊急停船釦
２６５ 緊急停船部
２６６ 海図表示画像
２６７ ジャイロ方位表示画像
２６８ 方位表示部操作画像
２６９ オート操船操作画像
２８０ 舵角指示部
２８２ 電子海図表示部
２８３ コースライン設定部
２８４ 針路補正部
３００ 観測システム
３１０ 船舶レーダ装置
３１１ 警報信号出力部
３１２ 船速測定装置
３１３ 位置測定装置
３１４ 方位測定装置
６６０ 船位操船部
６６１ 船位コントロール部
６６２ 船体運動制御部
６６３ 回頭モーメント調整部
６６４ 推力方向調整部
６６５ 推力調整部
６６６ 自動船位保持部
６６７ 船位保持部、
６６８ 船位変更部
６６９ 目標設定部
６７０ 舵角指令部
６７１ 翼角指令部
６７２ 回頭指令部
７００ 相関データ記憶部

Claims (2)

1. 推力システムと推力システムを制御する操船システムを備え、
   推力システムは、船尾に配置した一基の可変ピッチプロペラの推進プロペラと、推進プロペラの翼角を制御する翼角制御装置と、推進プロペラの後方に配置した左右一対の高揚力舵と、各高揚力舵をそれぞれ駆動する一対の舵取機と、船首スラスターと、船首スラスターを制御するスラスター制御装置を備え、
   操船システムは、船体運動制御部と船位コントロール部を備え、
   船体運動制御部は、翼角制御装置により可変ピッチプロペラの翼角を制御して、推進プロペラが前進方向に定速回転する状態でプロペラ推力を増減調整する推力調整部と、各舵取機により各高揚力舵のそれぞれを独立して種々の角度に作動させ、両舷の高揚力舵の舵角の組合せを変えることによって、プロペラ後流の方向を制御して船体に作用する船尾回りの推力の作用方向を調整する推力方向調整部と、スラスター制御装置により船首スラスターのスラスター推力を調整して回頭モーメントを制御する回頭モーメント調整部を有し、
   船位コントロール部は、船位変更部と船位保持部を有する自動船位保持部を備え、
   船位保持部は、船体運動制御部に指令する船位操船において、翼角を中立角として推進プロペラを低速域で前進方向に定速回転させ、２枚の高揚力舵を前進速度成分の生じないホバー舵角に保持し、船首方位を現在船首方位に維持する機能回路を有し、
   船位変更部は、船体運動制御部に指令する船位操船において、低速域で推進プロペラを前進方向に定速回転させ、ホバー舵角を中心舵角として２枚の高揚力舵の舵角をホバー舵角周りにおいて制御するもので、相関データ記憶部と目標設定部と翼角指令部と舵角指令部と回頭指令部を有し、
   相関データ記憶部は、プロペラ推力一定下で高揚力舵の舵角の組合せを変えた場合に生じる船尾回りの推力の大きさとその作用方向と舵角の相関を、可変ピッチプロペラの翼角の大きさが異なるプロペラ推力毎に規定した相関データを保有し、
   目標設定部は、目標船首方位と目標船体運動方向と船尾回りの推力の目標推力を入力する機能回路を有し、
   翼角指令部は、相関データにおいて目標船体運動方向に向けて目標推力を生み出すために必要な目標プロペラ推力を算出し、目標プロペラ推力を出力するのに必要な目標翼角を算出し、算出した目標翼角を船体運動制御部に指令する機能回路を有し、
   舵角指令部は、相関データにおいて目標推力の船尾回りの推力を目標船体運動方向へ向けるために必要な目標舵角を算出し、算出した目標舵角を船体運動制御部に指令する機能回路を有し、
   回頭指令部は、現在船首方位を目標船首方位へ回頭するのに必要な目標回頭モーメントを算出し、算出した目標回頭モーメントを船体運動制御部に指令する機能回路を有することを特徴とする可変ピッチプロペラを装備する一軸二舵船。
2. 目標設定部は、ジョイスティックレバーを有し、レバーの傾倒方向により目標船体運動方向を指示し、レバーの傾倒角度により目標推力の大きさを指示することを特徴とする請求項１に記載の可変ピッチプロペラを装備する一軸二舵船。

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